隨著電子設備朝著小型化、輕薄化、多功能化方向發展，金屬散熱片、導熱硅脂等傳統散熱材料在面對逐漸趨于小而復雜的電子設備時，逐漸暴露出了局限性，發展具有可折疊、可彎曲功能的柔性散熱材料成為了解決這類電子設備散熱難題的關鍵。與傳統散熱材料相比，柔性散熱材料能夠適應各種復雜的空間結構，完美貼合電子設備的內部組件，能夠在有限的空間內及時、迅速地將熱量轉移出去，為可穿戴設備、折疊屏手機等柔性電子設備的穩定運行和小型化發展提供了有力支持。本篇文章我們就盤點一下目前新型的柔性散熱材料。

1、金屬柔性散熱材料

銅、鋁等金屬材料具有出色的導熱系數、高強度以及易于加工成型的特點，可制成熱管用于電子設備的散熱。但傳統的剛性熱管受限于較高的強度，靈活性差，僅可以實現小幅度的彎曲變形，無法滿足柔性電子設備的使用需求。因此，科研人員利用金屬材料的可延展性，研制了金屬柔性熱管、金屬散熱薄膜等新型金屬柔性散熱材料。

①柔性金屬熱管

柔性金屬熱管的工作原理與傳統的剛性熱管類似，都是利用蒸發端中的液體吸收外部熱量，并蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下擴散到冷凝端，放出熱量凝結成液體，液體再靠毛細力（或重力）的作用流回蒸發端。

熱管工作原理

不過，相比剛性金屬熱管，柔性熱管可通過將金屬熱管進行超薄化制成2mm以下超薄熱管或者選用具有良好柔性變形性的波紋管充當柔性連接部分制成三段式結構，實現一定的變形量。其中金屬超薄熱管具有緊湊、扁平的結構，可以增強其與電子器件的接觸，適應電子器件的微型化、高度集成化的發展趨勢，但由于金屬在多次變形時容易發生疲勞斷裂，因此一般是通過一次性塑性變形將熱管加工成特定形狀并安裝在具有復雜結構但不會頻繁彎折的空間中。而三段式金屬柔性熱管則由于采用波紋管充當柔性連接部分，可以達到較高的結構強度，反復彎折時不易疲勞斷裂，但通常變形量也較小。

金屬超薄熱管和采用金屬波紋管的三段式熱管

②金屬散熱薄膜

金屬材料越薄，其柔韌性也就越好，金屬散熱薄膜是利用金屬的延展性將金屬加工成毫米級別甚至更低厚度的薄膜來增強其柔韌性，貼合于智能穿戴設備、航空裝置中需要發生位置轉移的熱端與冷端之間，利用金屬的高熱導率將熱量從熱端傳遞到冷端。隨著電子設備的小型化和薄型化，金屬薄膜納米化成為了頗具潛力的研究方向，目前，主要通過磁控濺射、真空蒸發和電化學沉積等方法在基底上來制備金屬納米薄膜。

總之，金屬柔性導熱材料除了具有高導熱性，通過薄型化技術也能夠提供一定的柔韌性，不過它在應用中也存在一些問題。一方面，其作為導電材料，應用于電子器件時需要進行絕緣處理，以防止短路等問題的發生；另一方面，應用于航天工業時存在材料密度較大的缺陷，這可能會增加航天器的重量，影響其性能。

2、聚合物基柔性散熱材料

聚合物是由具有高度的柔性和旋轉自由度長鏈分子組成的，本身具有重量輕、密度低、可加工、電絕緣，柔韌性好等特點，但由于大多數聚合物為非晶態材料，內部缺乏長程有序的晶體結構，聲子（熱量傳遞的主要載體）在傳播過程中容易發生散射，導致熱導率較低，因此可在其中添加高導熱填料制備成聚合物基導熱復合材料，來提高其導熱性能。

一般來說，聚合物基導熱復合材料的導熱性能除了受到填料本身熱導率的影響，從目前普遍認可的導熱通路理論來看，其能否在聚合物內形成連續的導熱通路也是重要的影響因素。通常可通過提高導熱填料的含量，使填料相互緊密堆積來實現連續導熱通路的構建，不過填料的高填充量也會使得復合材料的彎折、拉伸、扭轉等力學性能難免有所降低，因此如何在保證高熱導率的同時降低填料填充量成為了聚合物基柔性導熱復合材料研究的熱點，而利用一二維的高導熱填料構建定向結構或者利用多維度復合填料構建三維互通的導熱網絡是兩種有效的方法。

定向結構設計可以利用六方氮化硼納米片（管）、碳纖維、碳納米管、石墨烯片、金屬納米線等一、二維導熱填料在基體內形成規則的定向排列，大大提高導熱通路形成的效率，能夠使熱流沿著高熱導率的方向路徑傳遞，最終可以在較低填充率的情況下提升該方向上的熱導率。而3D導熱網絡通過不同形貌、尺寸的填料受控自組裝聚集，可以構建具有高熱導率的各向同性TIMs，同時也優化了其機械柔韌性和適用性。

氮化硼納米片通過定向排列制備的高導熱絕緣柔性氮化硼散熱PI膜 （來源：晟鵬技術）

3、碳系柔性散熱材料

碳類材料除了具有高的導熱性，其低膨脹率和低密度等優勢有助于保持導熱材料的穩定性和輕便性。目前，典型的碳系柔性導熱材料有石墨紙和石墨烯散熱膜等。

①石墨散熱膜

石墨散熱膜是一種以天然或人工合成石墨為原料，經過特殊加工制備而成的高性能薄膜材料。從結構上看，石墨膜中碳原子以層狀結構排列而成，這種層狀結構賦予了它出色的導熱性能，應用于電子產品中，大的平面散熱面積以及平面內的高熱導率可迅速消散熱點，將熱量快速通過傳送到機殼與框架。

天然石墨膜（來源：網絡）

目前石墨膜主要通過膨脹石墨壓延法和PI類薄膜碳化-石墨化法兩種技術路線。前者以天然鱗片石墨為原料，通過酸化、水洗、干燥和高溫膨脹等一系列步驟獲得高倍膨化的石墨蠕蟲后，經壓延、壓制工藝制得，熱導率在200-700W/m·K，由于工藝簡單、低成本，在工業化生產應用較多。后者則將聚酰亞胺(PI)在惰性氣氛下加壓碳化、并經2800-3200℃的石墨化處理制得沿膜表面高度擇優取向、結晶度較高的石墨層，導熱率系數可達700-1950W/m·K。不過，該技術路線中需要以高質量的聚酰亞胺薄膜為原材料，而其研發、生產具有較高的技術壁壘，導致成本較高。

②石墨烯散熱膜

盡管PI類薄膜碳化-石墨化法在機械拉伸強度、結構完整性、晶型結構缺陷和碳原子有序程度等方面以比膨脹石墨膜表現更為出色，但由于受到聚酰亞胺分子取向度的限制，石墨膜的散熱效能進一步提升的空間仍有限，因此通過有序堆疊氧化石墨烯(GO)納米片以及隨后的還原/石墨化來制得的石墨烯散熱膜近年來逐漸在電子產品中得到了應用。

目前，高導熱石墨烯膜的實際熱導率已經達到1500-2000W/（m·K），而且其理論熱導率可達5300W/（m·K），隨著研究攻關的推進，未來散熱效能還能進一步提升。

還原氧化石墨烯法生產石墨烯散熱膜工藝流程

（來源：富烯科技）

4、液態金屬

鎵銦錫合金、共晶鎵銦合金、伍德合金（由鉍、鉛、錫和鎘等金屬按一定比例混合而成。）等特鈦金屬不僅具有金屬優異的熱傳導性，而且由于具有沸點高，熔點溫度 和沸點溫度差距大等特點，在室溫下能夠保持液態，因此一方面液態金屬能為散熱解決方案的設計提供極大的靈活性，比如目前液態金屬已被用于制造手機鉸鏈、卡托、中框等精密結構件，其高強度和抗疲勞性能顯著優于傳統金屬材料。但另一方面，也使得其在單獨直接使用時容易發生外溢，存在導電性和腐蝕性等潛在風險，對電子器件的可靠性造成影響，在實際應用中會將液態金屬與其他材料混合以降低其流動性，并封裝起來來進行使用。

華碩開發電腦CPU液態金屬散熱專利工藝

參考文獻：

1、白龍,王盼盼,王寶麗,等.柔性散熱材料研究進展[J/OL].復合材料學報.

2、李偉斌,焦蓬,殷志敏.柔性導熱材料研究進展[J].化工新型材料.

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